无对称自由曲面光学系统技术方案

本发明专利技术涉及一种无对称自由曲面光学系统，包括：主反射镜、次反射镜、第三反射镜和一像面，从物出发的光线在所述主反射镜上发生反射形成第一反射光束，该第一反射光束照射到所述次反射镜上并发生反射形成第二反射光束，该第二反射光束照射到所述第三反射镜上并发生反射形成第三反射光束，该第三反射光束到达所述像面成像。所述无对称自由曲面光学系统没有旋转对称性，也没有子午对称性。也没有子午对称性。也没有子午对称性。

【技术实现步骤摘要】
无对称自由曲面光学系统


[0001]本专利技术属于光学
，尤其涉及一种自由曲面光学系统。

技术介绍

[0002]同轴光学系统和离轴子午对称光学系统是目前光学
的主要设计对象，现在已经有成熟的产品及设计方法。上述同轴光学系统和离轴子午对称光学系统能够满足成像领域大多数的需求，然而对于某些空间有限或者空间形状存在限制的场合，无法给同轴光学系统分配足够的空间。此外，同轴反射系统还存在着中心遮拦以及可用的、像质优良的中心视场较小等缺陷。解决上述两个缺陷的常用办法是采用离轴系统。更进一步地，假如留给光学系统的空间不仅有限，而且其形状也不是对称的，目前常见的同轴光学系统和离轴子午对称光学系统均难以装入。
[0003]因此，提高光学系统的设计自由度、充分利用有限的物理空间是目前光学
亟需解决的问题。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，确有必要提供一种具有更高设计自由度、能够充分利用有限的物理空间的自由曲面光学系统。
[0005]一种无对称自由曲面光学系统，包括：主反射镜、次反射镜、第三反射镜和一像面，从物出发的光线在所述主反射镜上发生反射形成第一反射光束，该第一反射光束照射到所述次反射镜上并发生反射形成第二反射光束，该第二反射光束照射到所述第三反射镜上并发生反射形成第三反射光束，该第三反射光束到达所述像面成像；所述无对称自由曲面光学系统没有旋转对称性，也没有子午对称性。
[0006]一种无对称自由曲面光学系统，包括：主反射镜、次反射镜以及第三反射镜，从物出发的光线在所述主反射镜上发生反射形成第一反射光束，该第一反射光束照射到所述次反射镜上并发生反射形成第二反射光束，该第二反射光束照射到所述第三反射镜上并发生反射形成第三反射光束，该第三反射光束到达像面成像；所述无对称自由曲面光学系统没有旋转对称性，也没有子午对称性，所述像面具有45
°
的β倾斜，所述光线在所述无对称自由曲面光学系统内被三维的折转；所述无对称自由曲面光学系统的三维空间的尺寸分别为200mm、180mm、180mm，视场角为8
°×6°
，F数为1.3，有效焦距为50mm，入瞳直径为38.5mm，工作波长为8μm
‑
14μm。
[0007]与现有技术相比较，本专利技术实施例提供的无对称自由曲面光学系统中曲面的空间位置约束更少，无对称自由曲面光学系统内的光线被三维的折转，与仅利用两维光路折叠的子午对称离轴光学系统相比更加紧凑，可以被装入更小的或是具体特殊结构(如非子午对称)的物理空间。
附图说明
[0008]图1为本专利技术第一实施例提供的无对称自由曲面光学系统三维结构及光路示意图。
[0009]图2为本专利技术第一实施例提供的无对称自由曲面光学系统的YZ视图。
[0010]图3为本专利技术第一实施例提供的无对称自由曲面光学系统的XZ视图。
[0011]图4为本专利技术第二实施例提供的无对称自由曲面光学系统的设计方法流程图。
[0012]图5为本专利技术第二实施例建立的子午对称离轴三反系统的YZ视图。
[0013]图6为本专利技术第二实施例建立的初始平面系统的YZ视图。
[0014]图7为本专利技术第二实施例建立的初始平面系统的XZ视图。
[0015]图8为本专利技术第二实施例建立的初始平面系统的三维结构及光路示意图。
[0016]图9为本专利技术第二实施例定义特征光线时的视场选择示意图。
[0017]图10为本专利技术第二实施例中全局坐标与局部坐标的转换示意图。
[0018]图11为本专利技术第二实施例经迭代后的光学系统结构及光路示意图。
[0019]图12为本专利技术第二实施例经迭代后的光学系统畸变网络图。
[0020]图13为本专利技术第二实施例经优化后的光学系统的衍射传递函数。
[0021]图14为本专利技术第二实施例经优化后的光学系统的视场RMS波像差图。
[0022]图15为本专利技术第二实施例经优化后的光学系统的畸变网络图。
[0023]主要元件符号说明
[0024][0025]具体实施方式
[0026]以下将结合附图及具体实施例，对本专利技术提供的无对称自由曲面光学系统作进一步详细说明。
[0027]本专利技术第一实施例提供一种无对称自由曲面光学系统。所述无对称自由曲面光学系统是指既没有旋转对称性也没有子午对称性的光学系统。
[0028]请参见图1～图3，本实施例提供的无对称自由曲面光学系统100具体包括：主反射镜102、次反射镜104以及第三反射镜106。从物出发的光线在所述主反射镜102上发生反射形成第一反射光束，该第一反射光束照射到所述次反射镜104上并发生反射形成第二反射光束，该第二反射光束照射到所述第三反射镜106上并发生反射形成第三反射光束，该第三反射光束到达像面110成像。
[0029]所述无对称自由曲面光学系统100没有旋转对称性，即主反射镜102、次反射镜104以及第三反射镜106的镜面均不存在旋转对称轴。并且，所述无对称自由曲面光学系统100
也没有子午对称性，即主反射镜102、次反射镜104以及第三反射镜106的镜面均不存在子午对称面。
[0030]图2和3中，无对称自由曲面光学系统100的YZ视图和XZ视图的比例尺是相同的。在相同的比例尺下，可以看出该无对称自由曲面光学系统100在XYZ三个方向的尺寸接近，分别为200mm、180mm、180mm，不同于传统离轴三反系统存在一个方向的尺寸明显更大。由图1可以看出，无对称自由曲面光学系统内的光线被三维的折转，与仅利用两维光路折叠的子午对称离轴光学系统相比更加紧凑。此外，无对称自由曲面光学系统的结构是像面具有45
°
的β倾斜的新型离轴三反结构，其像面与第二反射镜的中心在x和y方向上都具有一定距离，并且两种的倾斜角度也有差距，这对于探测器的安装是有利的，具有工程应用价值。所述无对称自由曲面光学系统100的具体参数见表1。
[0031]表1无对称自由曲面光学系统100的参数
[0032][0033][0034]传统的具有对称性的离轴光学系统像面法线方向位于子午面内，而本实施例所提供的无对称自由曲面光学系统100的像面的法线方向位于子午面外，并且像面具有45
°
的β倾斜。该无对称自由曲面光学系统100不仅在子午面内存在离轴，弧矢面内也是离轴的，这样系统内的光线可以被三维地折转。此外，该无对称自由曲面光学系统100还具有1.3的小F数(F
‑
Number)以及相对大的视场角。
[0035]相较于现有的对称光学系统，本专利技术实施例提供的无对称自由曲面光学系统中曲面的空间位置约束更少，这让设计出具有特殊空间结构的光学系统成为可能。无对称自由曲面光学系统内的光线被三维的折转，与仅利用两维光路折叠的子午对称离轴光学系统相比更加紧凑，可以被装入更小的或是具体特殊结构(如非子午对称)的物理空间。
[0036]本专利技术第一实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无对称自由曲面光学系统，包括：主反射镜、次反射镜、第三反射镜和一像面，从物出发的光线在所述主反射镜上发生反射形成第一反射光束，该第一反射光束照射到所述次反射镜上并发生反射形成第二反射光束，该第二反射光束照射到所述第三反射镜上并发生反射形成第三反射光束，该第三反射光束到达所述像面成像；其特征在于，所述无对称自由曲面光学系统没有旋转对称性，也没有子午对称性。2.如权利要求1所述的无对称自由曲面光学系统，其特征在于，所述像面具有45
°
的β倾斜。3.如权利要求1所述的无对称自由曲面光学系统，其特征在于，光线在所述无对称自由曲面光学系统内被三维的折转。4.如权利要求1所述的无对称自由曲面光学系统，其特征在于，所述无对称自由曲面光学系统的三维空间的尺寸分别为200mm，180mm，180mm。5.如权利要求1所述的无对称自由曲面光学系统，其特征在于，所述无对称自由曲面光学系统的视场角为8
°×6°
，F数为1.3，有效焦距为50mm，入瞳直径为38.5mm，工作波长为8μm
‑
14μm。6.如权利要求1所述的无对称自由曲面光学系统，其特征在于，所述无对称自由曲面光学系统在子午面内以及弧矢面内均存在离轴。7.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱钧，谭益林，金国藩，范守善，
申请(专利权)人：鸿富锦精密工业深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：